Elektrochemie voor MBO/Conductometrie geschiedenis

Werk in uitvoering.
Aan dit artikel wordt voorlopig nog gewerkt. Gelieve het niet te bewerken totdat dit sjabloon is weggehaald.

Dit is de eerste pagina

Inhoudsopgave

Dit is de laatste pagina

Index

Conductometrie

Conductometrie betekent: het meten van geleidbaarheid.
In de conductometrie wordt gekeken hoe goed een oplossing elektrische stroom geleid. Uiteraard geleiden vaste stoffen de elektrische stroom ook (soms beter, soms slechter). De chemische conductometrie heeft zich voornamelijk op oplosingen gericht. Daarbij is het wel duidelijk dat de vraag:

Hoe groot is de geleidbaarheid of: Hoe goed geleidt een oplossing de elektrische stroom?

en de vraag:

Hoe groot is de weerstand, of: Hoe moeilijk geleidt een oplossing de elektrische stroom?

twee verschillende manieren van vragen zijn naar de zelfde eigenschap van een oplossing.

Wie kijkt er?

Conductometrie is in eerst instantie een bezigheid van natuurkundigen geweest die elektrische verschijnselen bestudeerden. Daarbij maakten ze dankbaar gebruik van een aantal in de natuurkunde al goed bekende begrippen. Het gevolg is wel dat er in eerste instantie voor chemici onhandige keuzes zijn gemaakt.

Natuurkundigen

De wet van Ohm

De wet van ohm was in de natuurkunde al goed bekend:

\mathrm {V\ =\ I\times R\ \Longrightarrow \ R\ =\ {\frac {V}{I}}}

Verg. 1
Wet van Ohm

Weerstand

De wet van Pouillet

Bij het vergelijken van verschillende materialen met elkaar is niet zozeer de weerstand zelf belangrijk, maar meer de soortelijke weerstand. Bij de soortelijke weerstand zijn afmetingen van de geleider niet meer belangrijk, alleen de eigenschap van het materiaal telt.
De Franse natuurkundige Claude Pouillet had voor homogene weerstanden, dat zijn weerstanden die overal dezelfde eigenschappen hebben, de volgende regels gevonden:

als het oppervlak "A" van de weerstand twee keer zo groot wordt, wordt de weerstand twee keer zo klein.
Wordt de lengte van de weerstand "l" twee keer zo groot, dan wordt ook de weerstand twee keer zo groot.

De grootte van de weerstand in

{\ce {\Omega}}

blijkt dus recht evenredig met de lengte van de weerstand in meter,

{\ce {m}}

, en omgekeerd evenredig met het oppervlak van de weerstand in vierkante meter,

{\ce {m^2}}

. Door een constante te gebruiken kun je van de twee evenredigheden een gelijkheid maken:

R\ =\ \rho \times {\frac {l}{A}}

Eenheden:

\Omega \ =\ \rho \times {\frac {m}{m^{2}}}\Longrightarrow \ \rho \ =\ \Omega \cdot m

Verg. 2
Wet van Pouillet

Soortelijke weerstand

Claude Pouillet

Geleidbaarheid presenteren

Als je meetgegevens over geleidbaarheid wilt presenteren dan betekent dat het weergeven van een grootheid (geleidbaarheid, Vaak met symbool "G") met een getal en een eenheid die bij dat getal hoort. Als voorbeeld: Een potentiaalverschil van 2.00 Volt heeft een stroom tot gevolg van 0,400 Ampère.

Een simpel rekensommetje, meteen naar geleidbaarheid gaand, leert dan:

\mathrm {R={\frac {U}{I}}} \ =\ {\frac {2,00\ \mathrm {V} }{0,400\ \mathrm {A} }}\ =\ 5,00\ \Omega \ \Longrightarrow \ \mathrm {G} \ =\ {\frac {1}{5\ \Omega }}\ =\ 0,200\ {\frac {1}{\Omega }}\ =\ 0,200\ 1/\Omega \ =\ 0,200\ \Omega ^{-1}

Verg. 3

Publicatie

Elk van de drie laatste notaties heeft zo zijn praktische nadelen.

Het is ongeveer 1870. Van een tekstverwerker met letters in allerlei groottes heeft nog niemand gehoord. Voor een wetenschapper die zijn werk wil publiceren wil dat zeggen dat hij (Sorry, dames. Het waren toen vooral mannen die zich met wetenschap bezighielden) een uitgever moet zoeken die getallen als $\mathrm {0,200\ {\frac {1}{\Omega }}}$ op een nette manier in een afgedrukt artikel kan presenteren. Die uitgever moet dan een drukker vinden die, zoals je vlak hierboven ziet:
1. over een set Griekse drukletters beschikt en
2. of de hele regel wat hoger maken, zodat het boven de regel uitsteken van de "1" mogelijk wordt en ook onder de regel voldoende ruimte ontstaat zodat de $\mathrm {\Omega }$ daar plaats heeft.
3. of, naast een set Griekse letters van gewone grote ook nog een set heeft die ongeveer half zo groot is. In verband met de leesbaarheid van de tekst is dat ook niet echt een oplossing.
Een drukker die aan deze eisen kan voldoen is vast geen goedkope jongen.
De tweede manier van noteren heeft een nog veel groter nadeel. Voor iemand die niet echt thuis is in de wetenschap wordt het een toer om te bepalen of de een bij de schuine streep en de ${\ce {\Omega}}$ hoort, of dat de 1 toevallig een beetje verdwaald is tijdens het schrijven (geen typemachine maar handschrift). Kortom een goede bron voor fouten.
De derde manier van noteren heeft ook zo zijn nadelen. Ook hier ligt het verwarringsduiveltje op de loer: Zijn die vage streepjes achter de ${\ce {\Omega}}$ iets wat de schrijver bedoeld heeft, of alleen maar wat toevallige vlekjes?

Notatie

Uiteindelijk kwam er iemand op het idee dat het in de wiskunde gebruikelijk is om "1 gedeeld door iets" als het "omgekeerde ervan" te beschrijven. Je kunt de letter

{\ce {\Omega}}

ook omkeren, op zijn kop zetten. Het resultaat is: "℧". Zonder dat een drukker allerlei trucs moest uithalen om de eenheid goed neer te zetten kon er, voor de drukkers met een Griekse letterset, gebruik gemaakt worden van een standaard letterteken. De hierboven aangegeven geleidbaarheid kan nu simpel genoteerd worden als:

\mathrm {G=0,200}

℧

Verg. 4

℧

Verder doordenken op het thema "omgekeerde" leverde de volgende gedachte op: de

{\ce {\Omega}}

wordt, als het ov er weerstanden gaat, uitgesproken als "ohm". Dat is een gewone sliert letters. Die kun je ook omkeren. De Schotse natuurkundige William Thomson, de latere Lord Kelvin, stelde in 1883 voor, de naam voor de eenheid van weerstand om te keren in plaats van links naar rechts, van rechts naar links lezen: "mho". ^[1] Op deze manier heb je niet eens meer een speciale letterset nodig. Het idee was zelfs zo handig dat de tabellen van waterige zoutoplossingen in het Handbook of Chemistry and Physics de geleidbaarheid van de oplossingen in de eenheid mmho, millemho, een duizendste van een mho, opgaf.

\mathrm {G=0,200}

℧

\mathrm {=\ 0,200\ mho\ =\ 200\ mmho}

Verg. 5

mho

Een naam voor een eigen eenheid voor geleidbaarheid

In 1971 is door het BIPM de siemens vastgesteld als naam voor de eenheid van geleidbaarheid. De eenheid is vernoemd naar de Duitse uitvinder en industrieel Werner von Siemens. Het symbool ervoor is de hoofdletter "S".^[2] Vergelijking 5 wordt dan:

\mathrm {G=0,200\ S\ =\ 200\ mS}

Verg. 6

siemens
S

Werner von Siemens

Geleidbaarheid in oplossingen

In een vaste stof wordt de geleiding van elektrische stroom verzorgd door elektronen. De elektronen kunnen zich verplaatsen door het (meestal) metaalrooster van de vaste stof. In een oplossing kunnen elektronen zich niet vrij verplaatsen. Als in een oplossing lading verplaatst wordt betekent dit altijd dat er ionen verplaatst worden.

↑ Thomson, William (1884). "Electrical Units of Measurement". The Practical Applications of Electricity. Institution of Civil Engineers. pp. 149–174 at p 171 (Lecture given 3 May 1883). Available online. Thomson helpfully added that the proper pronunciation of "mho" could be obtained by taking a phonograph and turn it backwards.}
↑ Minutes (PDF). 14th General Conference on Weights and Measures. 1971. p. 78.

[1] Thomson, William (1884). "Electrical Units of Measurement". The Practical Applications of Electricity. Institution of Civil Engineers. pp. 149–174 at p 171 (Lecture given 3 May 1883). Available online. Thomson helpfully added that the proper pronunciation of "mho" could be obtained by taking a phonograph and turn it backwards.}

[CGPM14-2] Minutes (PDF). 14th General Conference on Weights and Measures. 1971. p. 78.

[1]

[2]